Gießereisand

Wie man grünen Sand für den Metallguss herstellt

Formsand ist das Herzstück des Sandgussverfahrens. Es muss eine gute Form halten und die feinen Details eines Gussstücks erfassen, aber dennoch durchlässig genug sein, um Gase entweichen zu lassen. Unter der Belastung durch das Abziehen des Formmusters oder während des Füllens kann es nicht bröckeln oder in sich zusammensinken. Wenn es auf den Kopf gestellt wird, darf es seine Form nicht verlieren:Die Teile einer Form müssen zusammengehalten werden, während sie zusammengeklemmt werden.

In den meisten Fällen reicht „grüner“ Sand aus, um diese Eigenschaften zu beweisen. Grüner Sand wird nicht wegen seiner Farbe so genannt – diese Materialien können je nach Zusammensetzung und Verwendung eine breite Palette von Farben haben. Stattdessen hat es seinen Namen, weil es feucht ist, wie grünes Holz.

Die mechanischen Aspekte des Sandes werden gemessen, bevor er auf dem Gießereiboden verwendet wird. Techniker oder Gießereiingenieure packen Sand in Zylinder und führen Tests durch. Zunehmend werden diese Tests mit computergestützten Geräten durchgeführt, die zu vielen Präzisionspunkten in der Lage sind.

Die Sanddurchlässigkeit ist die „Entlüftungskraft“ des Materials – wie viel Gas es aus der Form entweichen lässt. Die grüne Druckfestigkeit gibt an, wie viel Druck der Sand aushalten kann, bevor er zu bröckeln beginnt. Grüne Scherfestigkeit misst die Festigkeit gegen strukturelles Versagen unter Scherbeanspruchung:Dies ist eine Kraft, die ein Gleitversagen parallel zu ihrer Richtung erzeugt. Sande werden auch auf ihre Trockenfestigkeit getestet, da sie im Allgemeinen beim Füllvorgang Feuchtigkeit verlieren. Auch die Warmfestigkeit (Verhalten bei erhöhten Temperaturen) wird geprüft. Wird die Form durch die große Hitze beim Gießen bröckeln?

Oft werden mehrere Hilfstests durchgeführt, einschließlich Feuchtigkeitsgehalt, Tongehalt und Untersuchung der Korngröße. Ein Gießereiingenieur wird mit der Kontrolle der Sandeigenschaften betraut und kann während der Lebensdauer des Sandes mehrere Anpassungen vornehmen, um ihn in gutem Betriebszustand zu halten.

Die spezielle Mischung, aus der Gießereisand entsteht, sorgt für das nötige Verhalten. Der Hauptbestandteil ist ein Mineralsand mit gleichmäßiger Körnung. Die Größe des Sandkorns beeinflusst das Finish des Gussstücks, manchmal aber auch die Durchlässigkeit und Porosität der Form. Diese Zutat allein reicht nicht aus:Es wird ein Bindematerial, normalerweise Ton, hinzugefügt und die Mischung mit Wasser angefeuchtet.

Natürlich gebundene Sande sind Mischungen aus Kieselsäure und Ton, wie sie der Erde entnommen werden, wenn auch oft mit einigen Anpassungen der Proportionen, um die richtigen Sandeigenschaften zu erhalten. Naturgebundene Sande werden in Grauguss-, Sphäroguss-, Temperguss- und NE-Gießereien (außer Magnesium) verwendet. Synthetisch gebundene Sande werden hergestellt, indem tonfreier Sand mit genauen Mengen an Ton oder Bentonit kombiniert wird. Sie sind gleichmäßiger als natürlich gebundener Sand, erfordern jedoch sorgfältigeres Mischen und Kontrollieren. Stahlgießereien, Grau- und Tempergussgießereien sowie Magnesiumgießereien verwenden diese Sandart. Für Kerne oder andere Sande, die hart genug sein müssen, um ein Objekt zu sein, das angehoben oder bewegt werden kann, ist normalerweise eine synthetische Bindung erforderlich.

Gießereien stehen beim Mischen eines Rezepts für den Sandguss eine Reihe von Optionen zur Verfügung.

Mineralische Sande

Die Mischung in Gießereien besteht normalerweise zu 75-85 % aus Sand, der Rest aus Ton, Wasser und anderen Zusatzstoffen. Der Sand kann natürlich gefunden werden, normalerweise aus einem See, oder kann nach dem Abbau und der Standardisierung von tonfreien Mineralien erzeugt werden.

Olivin

Traditionell wurde ein Olivinsand für den Metallguss sowohl in Eisen- als auch in Nichteisengießereien verwendet. Dieser Sand konnte durch schnelles Abkühlen des Metalls ein feines Finish erzeugen und sorgte für eine sehr staubarme Umgebung, in der das Atmen ungefährlich ist. Er galt als „fehlerverzeihender“ Gießereisand, der Muster gut annimmt und sich im heißen Zustand nicht ausdehnt, aber seine Zugfestigkeit ist nicht sehr hoch. Für Kerne wurden seit jeher Quarzsande bevorzugt. Einige Olivsande haben einen sehr leichten Grünstich, aber das ist Zufall – wie alles andere kann er entweder „trocken“ oder „grün“ sein.

In den Vereinigten Staaten wird kein Olivinsand mehr abgebaut, daher ist dies zumindest in Nordamerika nicht mehr die Hauptquelle für Gießereisand.

Kieselsäure

Eisengießereien (die sich mit Eisen und Stahl befassen) verwenden normalerweise Quarzsand, manchmal auch als Quarzsand bekannt. Quarzsand wird seit langem zur Kernherstellung verwendet, daher hat die Umstellung auf die Verwendung derselben Zuschlagstoffe während des gesamten Gießprozesses die Verwaltung des Gießereibedarfs vereinfacht.

Gießereien, die dieses Produkt verwenden, treffen einige zusätzliche geringfügige Vorsichtsmaßnahmen gegen Silikose, eine Krankheit, die sich in den Lungen von Personen bilden kann, die viele Silikapartikel eingeatmet haben. Manchmal werden Atemschutzgeräte oder Filtermasken verwendet.

Ton im grünen Sand

Grüner Sand besteht normalerweise zu 10% aus Bentonit-Ton. Auf molekularer Ebene enthält dieser Ton eine absorbierende Mischung aus Siliziumdioxid und Aluminium und enthält üblicherweise auch Kalium, Natrium oder Kalzium. Calciumbentonit ist der am häufigsten verwendete Ton im Grüngussverfahren.

Bentonit-Ton wird abgebaut und gereinigt, bevor er in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet wird. Obwohl Bentonit viele Herstellungs- und Bauzwecke hat, wird Bentonit am häufigsten in Katzenstreu und kosmetischen Produkten wie Gesichtsmasken verwendet, wo es wegen seiner absorbierenden Eigenschaften verwendet wird.

Weitere Zusätze für Grünsandguss

Feuchtigkeit ist eine wichtige Komponente bei allen Grünsandgüssen. Wasser wird im Allgemeinen mit 2–5 Gew.-% der Mischung zugesetzt. Die hydrostatischen Bindungen zwischen Wassermolekülen stärken den Sand:Diese Bindungen bauen Sandburgen aus nassem Sand am Strand, und die gleichen Kräfte wirken in der Gießerei. Es ist das Wasser, das die Fähigkeit des Grünsandes erhöht, Scherspannungen und Kompressionen standzuhalten.

Zusätzlich zu den Grundmaterialien Sand, Ton und Wasser können spezielle Zusatzstoffe verwendet werden. Dazu gehören Getreide, gemahlenes Pech, Meereskohle, Gilsonit, Heizöl, Holzmehl, Quarzmehl, Eisenoxid, Perlit, Melasse, Dextrin und proprietäre Materialien. Diese dienen alle dazu, spezifische Eigenschaften des Sandes zu verändern, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Verblendsande, um dem Gussstück eine bessere Oberfläche zu verleihen, werden für Grauguss-, Temperguss-, Stahl- und Magnesiumguss verwendet. Die Eisensande enthalten normalerweise Meereskohle, eine fein gemahlene Kohle, die verhindert, dass der Sand am Gussstück haftet, indem sie bei Kontakt mit heißem Metall einen Gasfilm erzeugt. Für Gießereien, die Meereskohle in all ihren Sanden verwenden, enthält die Mischung etwa 5 % Kohlenstaub. Gilsonit erfüllt den gleichen Zweck, indem es Gase produziert, um das Anhaften von Sand oder stickstoffbedingte Nadelstiche zu verhindern.

Stahlverkleidungen können Quarzmehl oder andere sehr feine hochfeuerfeste Materialien enthalten, um eine dichte Oberfläche zu bilden, die das Metall nicht ohne weiteres durchdringen kann. Olivinsand wurde auch für Gussteile mit Manganstahl verwendet, da die Kombination aus Olivinsand und Mangan für ein gutes Finish sorgte.

Formspülungen sind Beschichtungen, die auf die Form- oder Kernoberfläche aufgetragen werden, um das Finish des Gussstücks zu verbessern. Sie werden entweder nass oder trocken aufgetragen. Die übliche Praxis besteht darin, die nassen Formschlichten zu bürsten oder zu sprühen und die trockenen zu bürsten oder zu reiben. Häufig wird Graphit- oder Quarzmehl gemischt mit Ton und Melassewasser verwendet. Die Waschmittel werden üblicherweise mit Lösungsmittellösungen auf Wasser- oder Alkoholbasis gemischt. Lösungen auf Alkoholbasis können mit einer Flamme angezündet werden, wodurch der Alkohol entzündet und die Form sofort ausgehärtet wird. Lösungen auf Wasserbasis erfordern eine Ofentrocknungszeit, während der die Waschlösung abbindet und die überschüssige Feuchtigkeit entfernt wird.

Sandvorbereitung und -handhabung

Sand wird in Mullern aufbereitet, die Sand, Bindemittel und Wasser vereinen. Diese Muller rühren nicht nur die verschiedenen Elemente des Gießereisandes um. Stattdessen ist Druck erforderlich, um jedes Sandkorn gleichmäßig mit Ton oder anderem Bindematerial zu beschichten. Belüfter werden dann verwendet, um den Sand wieder zu lockern, um ihn formbar zu machen.

Anstelle von Mullern können auch Sandfräsen verwendet werden, die über einem Haufen auf dem Gießereiboden arbeiten. Die Zuführung des Sandes zum Formboden kann mittels Mulden- oder Schaufellastwagen oder durch Bandförderer erfolgen.

Während des Gießvorgangs wird der Sand zu Formen geformt, die auf dem Boden platziert oder mit Förderbändern zu einer Gießstation geliefert werden können. Nach dem Gießen werden die Gussteile aus dem Sand geschüttelt. Der Altsand wiederum wird per Förderband oder auf andere Weise in die Vorratsbehälter zurückgeführt.

Recycling von Gießereisand

Gießereisand kann viele Male verwendet werden, bevor er verbraucht ist und nicht rehabilitiert werden kann. Früher landete dieser Sand auf Deponien, aber seine Wiederverwendung und sein Recycling sind zu einem interessanten Punkt geworden. Die EPA schlägt vor, dass gebrauchter Gießereisand, der aus dem Formprozess stammt, sicher in Böden verwendet werden kann, sowohl in Blumenerde als auch in hergestelltem Mutterboden. Es kann auch als Fundamentschicht für Straßen oder als Zuschlagstoff bei der Zementherstellung verwendet werden.

Ein einfaches Rezept mit vielen Variationen

Um den Sand zu Hause zu begrünen, braucht man nur Sand, Ton und Wasser. Klumpende Ton-Kätzchenstreu ist eine billige Quelle für Bentonit, muss aber vor dem Hinzufügen fein gemahlen werden:Fein gemahlenes Bentonit ist eine teurere Quelle, die als Schönheitsprodukt verkauft wird. Fein gemahlener Quarzsand ist in den meisten Baumärkten erhältlich. 9 Teile Kieselsäure zu 1 Teil Bentonit, plus Wasser, nur um es feucht zu machen, ist ein leicht zu merkendes Haushaltsverhältnis. Das Mischen sollte sehr gründlich sein und viel Drücken, Pressen und Verschmieren beinhalten, um jedes Sandkorn mit einer Tonschicht zu überziehen.

Dieses Rezept kann für den groben Sandguss verwendet werden – oder für die besten Sandburgen auf dem Block!

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